JP4159446B2 - Ｉｐｓ液晶表示素子の電極パターン - Google Patents

Description

本発明は、基板面にほぼ平行な電界を加えることによって液晶を駆動するＩＰＳ（イン・プレーン・スイッチング）方式の液晶表示素子に関するもので、特にその画素領域における電極及び配線のパターン構造に関する。

ＩＰＳ方式の液晶表示素子は、スペーサを介して所定間隔が形成された一対の透明基板間に液晶を封入し、この基板面に対してほぼ平行な電界を印加することによって液晶分子を基板面に対し水平方向に回転させ、これにより広い視野角を達成できるという特徴を有している。

ここで、透明基板に対してほぼ平行に印加される電界は、液晶を封入している透明基板の一方に画素電極と共通電極を所定の間隔を置いて櫛歯状に形成配置し、この画素電極と共通電極との間に電圧を印加することによって発生させている。そのため、ＩＰＳ方式の液晶表示素子は、常に液晶分子の短軸方向からのみディスプレイ表示を見ることになり、視野角が非常に広いという利点を有している。

このように、ＩＰＳ方式の液晶表示素子は、視野角が非常に広いという利点を有する一方、櫛歯状の電極の長手方向から画面を傾けて眺めたときに、黄色または青色に色付くという欠点を有している。この問題を解決するために、図４の画素領域の平面図に示すように、櫛歯状の電極をそれぞれ「くの字」状に傾斜させた構造としている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで図４に示す画素領域について説明すると、ほぼマトリクス状に配置された複数の信号配線１及び走査配線８と、信号配線１及び走査配線８の各交差点に設けられたＴＦＴスイッチング素子９と、ＴＦＴスイッチング素子９に接続された櫛歯状の画素電極６と、画素電極とかみ合うように形成された櫛歯状の共通電極７とを有し、これらの画素電極６、共通電極７、信号配線１がそれぞれ平行する「くの字」状に形成されている。

この「くの字」状電極の曲がり部から上の領域と下の領域に対応する液晶が、電圧印加時に「くの字」状の電極の長手方向から画面を傾けて眺めたときに、それぞれ黄色または青色に色付くために視野角に対する色変化を互いに補償し合うこととなり、色変わりのない画像を得ることができる。

しかしながら、この「くの字」状の電極パターン構造を有するマルチドメインＩＰＳ液晶表示素子は、その画素領域における電極の外縁形状（エッジパターン）が直線でありかつ偏光板の光軸に対して平行もしくは直交していないので、その外縁部（エッジ部）から検光子によって吸収されない偏光成分を持った回折光が生成され、光漏れが発生して黒輝度が上昇しコントラストが悪くなるという問題がある。

この問題を図面で説明する。図５は従来構造の画素領域における電極パターンを示す説明図であって、図５（ａ）は光漏れがない場合の画素領域を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）は画素領域での光漏れ状態を説明する模式的平面図である。

図５（ａ）に示すように、従来構造の櫛歯電極２は、図４で示したように画素電極６及び共通電極７からなり、この櫛歯電極２及び信号配線１をそれぞれ「くの字」状に形成してなるパターン構造の「くの字」状電極３を有している。そして、これら画素領域内の「くの字」状電極３はＣｒなどの金属材料で形成されているため、「くの字」状電極３の部分では光が透過しない構造となっている。

しかし、実際には画素領域としては黒表示（画素電極６と共通電極７との間に電圧が印加されていない状態）しているにもかかわらず「くの字」状電極３の外縁部周辺では光が漏れる状態となり、コントラスト低下の要因となっている。

これは図５（ｂ）に示すように、従来の「くの字」状電極３の場合には、電極エッジ部が光軸４に対し平行又は直角となっていないため、電極エッジ部における光の回折によって直交ニコル間で光漏れ５を生じてしまう。その結果、黒輝度が上昇しコントラストが悪くなる。すなわち、光軸４に対して直角もしくは平行ではない金属電極は、回折によってその外縁部から検光子によって吸収されない偏光成分を生成し、黒輝度を上げてしまうという問題がある。

図３は上記した光漏れを説明するグラフである。すなわち、電極配線−光軸間の「くの字」状傾斜角度θ（図２（ｂ）に示す）が４５度に近づくにつれて光漏れ量が増加して行くが、０度と９０度では光漏れ量は０となることを示している。図３のグラフは発明者等が実験的に得たものである。なお、通常はこの傾斜角度θを最適角度として１５度に設定している。

特開平１０−１４８８２６号公報（[００３１]、図３）

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、「くの字」状電極パターン構造を有するＩＰＳ型液晶表示素子において、傾斜した電極パターンの外縁部（エッジ部）における光漏れを低減しコントラストの向上を図ることを目的とする。

本発明は、ほぼマトリクス状に配置された複数の信号配線及び走査配線、この信号配線及び走査配線の各交差点に設けられたＴＦＴスイッチング素子、このＴＦＴスイッチング素子に接続された櫛歯状の画素電極、この画素電極とかみ合うように形成された櫛歯状の共通電極を有する第１の基板と、第１の基板に対向配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に封入された液晶と、第１及び第２の基板の外側に配置された２枚の偏光板とでＩＰＳ液晶表示素子が構成され、このＩＰＳ液晶表示素子における前記画素電極と共通電極からなる櫛歯電極及び信号配線がそれぞれ平行する「くの字」状に傾斜して形成されたパターン構造を有するＩＰＳ液晶表示素子の電極パターンにおいて、前記「くの字」状に形成された櫛歯電極及び信号配線の外縁形状を階段状の細かい段々で構成したことを特徴としている。

また、本発明において、前記櫛歯電極及び信号配線の外縁形状は、前記段々の角部が平行する前記櫛歯電極間間隔の半分を超えない位置にあるように構成されており、各段々を構成する２辺はそれぞれ配向方向に対して直交する辺と平行する辺の２辺で構成されている。

また、本発明において、前記櫛歯電極及び信号配線は配向方向に対する傾斜角度を１０度以下にしない構成であり、また、前記櫛歯電極及び信号配線はＣｒ等の金属材料で形成
されており、また、前記櫛歯電極を透明電極化してもよく、また、前記櫛歯電極及び信号配線の外縁形状はフォトリソグラフィ技術で形成されている。

従来、ＩＰＳ液晶表示素子において、配向方向に対して直角もしくは平行ではない電極パターンは、回折によってその外縁部から検光子で吸収されない偏光成分を生成し、黒輝度を上げてしまうという問題があった。しかし、本発明によれば、電極パターンの外縁形状を電極間間隔に対して十分に細かい段々で構成し、かつ各段部を構成する２辺は、配向方向に対して直角及び平行な２辺で構成されているため各段部において回折光が遮断され、この段部の連続によって電極パターン外縁部からの光漏れをなくすことができ、かつ電界の平均方向は斜めの２方向であって駆動に必要な電界成分を確保できるのでコントラストの向上につながるものである。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画素領域における電極パターン構造を説明する模式的平面図である。以下、図４とともに図１を用いて実施の形態について説明する。

本発明におけるＩＰＳ液晶表示素子は、図４に示したように、ほぼマトリクス状に配置された複数の信号配線１及び走査配線８、この信号配線１及び走査配線８の各交差点に設けられたＴＦＴスイッチング素子９、このＴＦＴスイッチング素子９に接続された櫛歯状の画素電極６、この画素電極６とかみ合うように形成された櫛歯状の共通電極７を有する第１の基板と、第１の基板に対向配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に封入された液晶と、第１及び第２の基板の外側に配置された２枚の偏光板とを備え、画素電極６と共通電極７からなる櫛歯電極２及び信号配線１が「くの字」状に形成された電極パターン構造を備えている。

この電極パターンの構成について説明する。図１に示すように本発明の電極パターンは、「くの字」状に形成された櫛歯電極２及び信号配線１の外縁形状を階段状の細かい段々で構成したもので、光漏れの発生し易い画素領域内の信号配線１及び櫛歯電極２の外縁部を、各段部が配向方向と直角（Ｘ方向）及び平行（Ｙ方向）する２辺からなる細かい段々の連続で形成している。この段々を構成する寸法は、平行する櫛歯電極２間の間隔に対して十分に細かい段々となるように形成する。そして、段々の角部が平行する櫛歯電極間間隔の半分を超えない位置にあるようにする。

次に、その製造方法の一例について説明する。ガラス基板からなる第１の基板上に、まず走査配線（ゲート配線）及び共通電極を形成する。走査配線及び共通電極は、第１の基板上にＣｒ膜をスパッタ法により形成し、その後フォトレジスト膜を塗布し、露光、現像、エッチングを行って形成する。

次に、絶縁膜及びアモルファスシリコン層を成膜してパターニングし、続いてその上にＣｒ等の金属材料を堆積させてパターニングし、ソース・ドレイン電極を形成すると同時に画素電極及び信号配線を形成する。上記した画素電極及び共通電極は「くの字」状かつ櫛歯状に形成され、さらに信号配線１も櫛歯電極２に平行して「くの字」状に形成されている。

このようにしてフォトリソグラフィー技術により信号配線及び櫛歯電極を形成する際、「くの字」状電極の外縁はストレートな直線ではなく細かい段々状の集合として形成される。例えば、図１の部分詳細図である図２に示すように、櫛歯電極２の電極幅ｃが５μｍの場合、１つの段部の寸法は配向方向と直角方向（Ｘ）の長さａが５μｍ、配向方向と平行方向（Ｙ）の長さｂが１０μｍとなるように形成する。この場合の配向方向に対する「くの字」状電極の傾斜角度は約２７度である。

ＩＰＳ液晶表示素子においては、櫛歯電極間に与えられた電位によって櫛歯電極間に２方向の斜め電界が発生し、液晶を電界に平行に配列してマルチドメインのインプレーンスイッチング動作を行う。すなわち、本発明のように櫛歯電極の外縁形状が図１のような細かい段々形状であっても電界の平均方向は斜めの２方向であり、通常のスイッチング動作が可能となる。

以上述べてきたように、従来構造の「くの字」状櫛歯電極では、電極パターン外縁部が配向方向に対して傾斜した直線であって配向方向に対し直角でも平行でもないため、電極パターン外縁部において回折による光漏れが発生していたが、本発明によれば配線−配向方向間角度が０度（配向方向と平行）と９０度（配向方向と直角）の細かい段部が連続する構造となっているため、電極パターン外縁部（エッジ部）からの光漏れを防ぐことができる。このように、電極パターンの外縁形状を電極間間隔に対して十分に細かい段々にすれば、回折による偏光成分の発生がなくなり、光漏れを無くすとともに駆動に必要な電界成分を確保できるのでコントラストの向上につながる。

また本発明は、櫛歯電極をＣｒ等の金属材料ではなく透明電極材料を用いても櫛歯電極については同様の効果が得られる。ただし、走査電極は配線抵抗が高くなるため金属以外の材料を用いることはできない。また、電極パターンの傾斜角度を低減させることによっても、図３から分かるように光漏れ量を低減することができる。ただし、傾斜角度を低減させることによって、閾値の上昇やドメイン境界に発生するディスクリネーションの拡大等の問題を発生させるため、傾斜角度は１０度以下には実用上できにくい。

本発明によれば、ＩＰＳ液晶表示素子において電極パターンエッジ部からの光漏れを防止できるので画面の黒輝度を低減させコントラストを向上させることができる。これにより視野角度の広い高品質な液晶画像を提供することができる。

本発明の電極パターンを模式的に示す平面図である。 図１の部分詳細図である。 電極部からの光漏れを説明するグラフである。 ＩＰＳ液晶表示素子の画素領域を説明する平面図である。 従来の画素領域を模式的に示す平面図で、図（ａ）は光漏れがない場合、図（ｂ）は光漏れが発生した場合を示す。

符号の説明

１ 信号配線
２ 櫛歯電極
３ 「くの字」状電極
４ 配向方向
５ 光漏れ
６ 画素電極
７ 共通電極
８ 走査配線
９ ＴＦＴスイッチング素子

Claims (7)

1. ほぼマトリクス状に配置された複数の信号配線及び走査配線、この信号配線及び走査配線の各交差点に設けられたＴＦＴスイッチング素子、このＴＦＴスイッチング素子に接続された櫛歯状の画素電極、この画素電極とかみ合うように形成された櫛歯状の共通電極を有する第１の基板と、第１の基板に対向配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に封入された液晶と、第１及び第２の基板の外側に配置された２枚の偏光板とでＩＰＳ液晶表示素子が構成され、このＩＰＳ液晶表示素子における前記画素電極と共通電極からなる櫛歯電極及び信号配線が、それぞれ平行する「くの字」状に傾斜して形成されたパターン構造を有するＩＰＳ液晶表示素子の電極パターンにおいて、前記「くの字」状に形成された櫛歯電極及び信号配線の外縁形状を階段状の細かい段々で構成したことを特徴とするＩＰＳ液晶表示素子の電極パターン。
2. 前記櫛歯電極及び信号配線の外縁形状は、前記段々の角部が平行する前記櫛歯電極間間隔の半分を超えない位置にあることを特徴とする請求項１記載のＩＰＳ液晶表示素子の電極パターン。
3. 前記櫛歯電極及び信号配線の外縁形状の各段々を構成する２辺は、それぞれ配向方向に対して直交する辺と平行する辺の２辺で構成されていることを特徴とする請求項１記載のＩＰＳ液晶表示素子の電極パターン。
4. 前記櫛歯電極及び信号配線は、配向方向に対する傾斜角度を１０度以下にしないことを特徴とする請求項１記載のＩＰＳ液晶表示素子の電極パターン。
5. 前記櫛歯電極及び信号配線は、Ｃｒ等の金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のＩＰＳ液晶表示素子の電極パターン。
6. 前記櫛歯電極を透明電極化したことを特徴とする請求項１記載のＩＰＳ液晶表示素子の電極パターン。
7. 前記櫛歯電極及び信号配線の外縁形状は、フォトリソグラフィ技術で形成されていることを特徴とする請求項１記載のＩＰＳ液晶表示素子の電極パターン。

Images